ECTS - University of Pisa
Corso Integrato di Biochimica e Biologia Molecolare
CORE CURRICULUM
MODULO DI BIOCHIMICA
MODULO DI BIOLOGIA MOLECOLARE
L’obiettivo del corso è quello di rendere lo studente in grado di interpretare in chiave biochimica i processi biologici normali e patologici, fornendogli le conoscenze necessarie per la comprensione:
The student who completes the course successfully will be able to demonstrate a solid knowledge of the biochemical basis of cellular function and tissue physiology, as well as the organization of the human genoma and the regulation of gene expression. He or she will acquire the ability to understand the biochemical basis of human disease and to understand the application of biochemical and molecular biology techniques to biological and medical issues.
L’esame si svolge in forma scritta ed è contestuale per tutti i moduli che compongono il corso.
The student will be assessed on his/her demonstrated ability to discuss the main course contents using the appropriate terminology. He or she must be able to demonstrate adequate knowledge of the basic issues of biochemistry and molecular biology and to apply them to biological and/or medical problems.
Methods:
Further information:
The final examination consists in a wrtitten assay in which the student must answer 12 open questions in 3 hours.
Lo studente deve acquisire la capacità di applicare i principi della biochimica e della biologia molecolare a tematiche di ordine fisiologico e fisiopatologico.
The student will become able to apply the principles of biochemistry and molecular biology to physiological and pathophysiological issues.
L'esame comporterà anche una verifica capacità della capacità di applicare i principi della biochimica e della biologia molecolare a temi e problemi non esplicitamente trattati a lezione.
The final examination will also check how the student can apply the principles of biochemistry and molecular biology to issues and problems which have not been specifically dealt with during the course.
Lo studente deve acquisire la capacità di raccogliere e discutere dati biochimici.
The student must acquire the ability to collect and discuss biochemical data.
La capacità di raccogliere e discutere dati biochimici sarà valutata nel contesto della prova finale.
The ability to collect and discuss biochemical data will be assessed within the final examination.
Si richiede la conoscenza dei principi di chimica generale, chimica organica, citologia e termodinamica.
The studnets must have acquired adequate knowledge and skills in chemistry, organic chemistry, cytology and thermodynamics.
Oltre alle lezioni frontali verrà stimolata la capacità critica degli sudenti anche attraverso colloqui individuali e prove in itinere.
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Mandatory
Teaching methods:
Proteine
Classificazione e funzione delle proteine. Struttura primaria delle proteine. Proprietà del legame peptidico. Struttura secondaria delle proteine (alfa-elica, beta-struttura): proprietà e legami che la stabilizzano. Esempi di proteine fibrose. Struttura terziaria delle proteine e legami che la stabilizzano.
Strutture supersecondarie e domini. Struttura quaternaria delle proteine. Esempi di proteine monomeriche e polimeriche. Denaturazione e rinaturazione delle proteine.
Proteine trasportatrici di ossigeno: mioglobina ed emoglobina. Struttura dell’eme e rapporto eme-globina. Il legame dell’ossigeno all’eme. Variazioni della struttura terziaria e quaternaria indotte dal legame con l’ossigeno. Curve di ossigenazione di mioglobina ed emoglobina. Effetto Bohr. Basi molecolari della tossicità del CO. Emoglobine fetali. Metaemoglobina.
Enzimi e coenzimi
Enzimi: definizione, natura, nomenclatura e classificazione. Meccanismi di catalisi enzimatica. Cinetica enzimatica: teoria di Michaelis e Menten. L’equazione di Michaelis e Menten: Km e Vmax. Determinazione dell’attività enzimatica, definizione di unità enzimatica. Fattori che influenzano l’attività enzimatica. Inibizione enzimatica. Regolazione dell’attività enzimatica. Sistemi multienzimatici. Isoenzimi. Concetto di coenzima e rapporto coenzimi-vitamine idrosolubili.
Glucidi
Monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi. Acidi aldonici, saccarici e uronici. Glicoproteine e proteoglicani.
Lipidi
Vari tipi di lipidi. Acidi grassi saturi, insaturi e ramificati. Acidi grassi essenziali. Eicosanoidi. Stereoisomeria dei gliceridi. Triacilgliceroli. Fosfogliceridi e acido fosfatidico. Sfingolipidi. Gli steroli e gli steroidi: colesterolo, acidi biliari e derivati.
Nucleotidi e introduzione al metabolismo
Significato e struttura dei ribonucleotidi e dei desossiribonucleotidi. Nucleosidi di- e trifosfati. ATP ed altri composti ad alta energia di idrolisi.
Concetto di metabolismo: catabolismo ed anabolismo. Reazioni esoergoniche ed endoergoniche. Reazioni accoppiate. Ruolo centrale dell’ATP nel metabolismo energetico. Gli stadi idrolitici ed ossidativi del catabolismo. Struttura e funzione dei coenzimi piridinici e flavinici. Sintesi dei monomeri e dei polimeri. Rapporti tra anabolismo e catabolismo.
Metabolismo glucidico
Utilizzazione e ruolo del glucosio nel metabolismo. Reazioni della glicolisi. I destini metabolici del piruvato. Reazione generale della glicolisi. Regolazione della glicolisi.
Gluconeogenesi e sua regolazione. Substrati della gluconeogenesi.
Ruolo del glicogeno. Glicogenolisi e glicogenosintesi. Glicogeno fosforilasi e glicogeno sintasi come modelli di enzimi interconvertibili. Regolazione del metabolismo del glicogeno. Utilizzazione e sintesi di zuccheri diversi dal glucosio (galattosio, fruttosio, pentosi).
Processi ossidativi: ciclo di Krebs e via dei pentosi fosfati
Decarbossilazione ossidativa del piruvato. Struttura, meccanismo di azione e regolazione della piruvato deidrogenasi. I coenzimi coinvolti nell'ossidazione del piruvato e nel ciclo di Krebs. Reazioni ed enzimi del ciclo di Krebs. Reazione globale, resa energetica e regolazione. Ruolo biosintetico del ciclo di Krebs.
Ruolo della via dei pentosi nella genesi di NADPH e di zuccheri a 4, 5, 7 atomi di carbonio. Reazioni e loro regolazione. Ruolo del NADPH nel metabolismo.
Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa
I costituenti della catena respiratoria: organizzazione in complessi, potenziali di ossidoriduzione. Le flavoproteine. Il coenzima Q. Citocromi a, b, c. La catena respiratoria: struttura e funzione dei complessi I, II, III e IV. Meccanismo molecolare della fosforilazione ossidativa. Regolazione della catena respiratoria e della fosforilazione ossidativa. Gli inibitori della catena respiratoria e della fosforilazione ossidativa; agenti disaccoppianti. Trasporto degli elettroni dal citoplasma al mitocondrio (sistemi navetta). Trasporto dell’ATP formato nel mitocondrio. Altri enzimi che utilizzano l’ossigeno: ossigenasi, ossidasi, perossidasi. Meccanismo di idrossilazione e ruolo del citocromo P450. Le specie reattive dell’ossigeno (ROS): natura chimica e meccanismi biochimici del danno cellulare. Sistemi difensivi enzimatici e non enzimatici.
Metabolismo lipidico
Ossidazione degli acidi grassi: funzione, attivazione, trasporto mitocondriale e beta-ossidazione. La carnitina. Resa energetica. Beta-ossidazione perossisomiale; catabolismo degli acidi grassi insaturi, a numero dispari di atomi di carbonio e ramificati. Formazione e destino del propionil-CoA. Formazione dei corpi chetonici e loro utilizzazione.
Sintesi del palmitato: reazioni, enzimi e regolazione. Allungamento ed insaturazione degli acili. Sintesi e degradazione dei trigliceridi, fosfogliceridi e sfingolipidi. Metabolismo degli eicosanoidi.
Sintesi del colesterolo e sua regolazione. Esteri del colesterolo. Metabolismo e ruolo degli acidi biliari.
Trasporto dei lipidi nel sangue. Classificazione, struttura, funzione delle lipoproteine plasmatiche.
Aspetti biochimici del trasporto di membrana.
Metabolismo degli amminoacidi
Digestione delle proteine: proteasi, endo ed esopeptidasi. Degradazione intracellulare delle proteine: degradazione lisosomiale e sistema dell’ubiquitina. Destino metabolico degli amminoacidi. Amminoacidi essenziali. Reazioni di transaminazione e deaminazione e loro ruolo. Reazione e regolazione della glutammato deidrogenasi. Decarbossilazione degli amminoacidi e poliammine. Destino metabolico dell’NH3. Reazioni e regolazione del ciclo dell’urea. Correlazione tra ciclo dell’urea e ciclo di Krebs. Amminoacidi gluco e lipogenetici. I principali coenzimi del metabolismo dell’azoto. Porfirine. Sintesi e catabolismo dell’eme. Formazione dell’acido-amminolevulinico e regolazione. Pigmenti biliari (origine, coniugazione ed escrezione).
Metabolismo dei nucleotidi e degli acidi nucleici
Sintesi de novo dei nucleotidi purinici: origine degli atomi dell’anello purinico; reazione generale, richiesta energetica e regolazione. Formazione del PRPP e suo impiego nella sintesi dei nucleotidi purinici e pirimidinici. Sintesi dell’AMP e del GMP da IMP. Regolazione. Reazioni di fosforilazione dei nucleosidi purinici e pirimidinici mono e difosfati. Reimpiego delle basi e dei nucleosidi purinici. Catabolismo dei nucleotidi purinici ad acido urico.
Sintesi dei nucleotidi pirimidinici: origine degli atomi dell’anello pirimidinico, reazione generale, richiesta energetica e regolazione. Catabolismo dei nucleotidi pirimidinici.
Sintesi dei deossiribonucleotidi e sua regolazione.
Il DNA: l’elica del DNA e le forze che la stabilizzano. Interazioni fra DNA e proteine. Replicazione del DNA nei procariori e negli eucarioti: enzimi coinvolti e meccanismi biochimici che assicurano la fedeltà della replicazione. Tipi di RNA e loro struttura. I ribozimi e la catalisi da RNA. Sintesi dell'RNA (trascrizione) nei procarioti e negli eucarioti: RNA polimerasi, fattori di trascrizione generali e specifici, co-attivatori. Modificazioni post-trascrizionali dell'RNA (splicing alternativo, editing dell'RNA e regolazione da parte di microRNA). Il turnover dell'RNA.
Sintesi proteica
Enzimologia e regolazione della sintesi proteica. RNA transfer e loro aminoacilazione. Interazioni fra ribosomi, mRNA, tRNA e fattori solubili della sintesi proteica. Velocità e richiesta energetica per la sintesi. Acquisizione della struttura tridimensionale. Modificazioni della catena polipeptidica dopo la sintesi. Esportazione delle proteine.
Meccanismi biochimici di trasduzione del segnale
Recettori di membrana: classificazione. Recettori a 7 segmenti transmembrana, recettori catalitici, recettori ionotropici. Le proteine G e vie di trasduzione del segnale da essi attivate. Proteine chinasi e proteine fostafasi. Meccanismi di amplificazione e di modulazione del segnale. Recettori intracellulari: struttura e funzione.
Concetto di ormone e neurotrasmettitore. Analisi delle caratteristiche biochimiche (struttura, metabolismo e vie di trasduzione del segnale attivate) delle seguenti sostanze: insulina, glucagone, catecolamine, ormoni tiroidei, ormoni steroidei (glucocorticoidi, mineralcorticoidi, androgeni, estrogeni, progestinici), acido retinoico, fattori di crescita, NO e vitamina D.
Biochimica sistematica umana
Biochimica del fegato, del rene, del muscolo, del cuore, del tessuto adiposo, del sistema nervoso e del sangue.
Introduzione alla Biologia Molecolare
Breve storia della Biologia Molecolare. Esperimenti di Griffith, di Avery, di Hershey e Chase per l’identificazione del DNA come depositario dell’informazione genetica. Modello della doppia elica del DNA di Watson e Crick. Collocazione temporale della messa a punto delle principali metodiche utilizzate in Biologia Molecolare.
Concetto di genoma. Caratteristiche delle sequenze genomiche (sequenze uniche, ripetute e polimorfiche). Impatto della Biologia Molecolare in Medicina.
Metodi di isolamento e di studio della struttura delle proteine (centrifugazione, tecniche spettroscopiche, cromatografiche ed elettroforetiche, degradazione di Edman, cristallografia a raggi X).
Analisi del DNA
Tecnologia del DNA ricombinante: clonaggio in cellule batteriche, tipi di vettori utilizzati (plasmidi, fagi, cosmidi, BAC, YAC, MAC): Sistemi di clonaggio per studiare l’espressione genica. Ibridazione di acidi nucleici: principi e applicazioni. Southern blotting, ibridazione in situ, sistemi di ibridazione basati su microarray.
Costruzione di librerie genomiche, a cDNA e di espressione, vaglio delle genoteche (utilizzo di sonde degenerate, sonde EST, anticorpi). PCR (Polymerase Chain Reaction), PCR-RFLP (Restriction Fragment Lenght Polymorphism), PCR-ARMS (Amplification Refractory Mutation System), PCR-SSCP (Single Strand Conformation Polymorphism), PCR-HAD (HeteroDuplex Analysis), PCR-DGGE (Denaturation Gradient Gel Electrophoresis), Real-time PCR. Metodi di sequenziamento del DNA: metodo di Sanger manuale ed automatizzato. Next generation sequencing: tecnologia pyrosequencing, Illumina e ABI solid.
Genoma Umano
Organizzazione ed obiettivi del Progetto Genoma Umano. Il mappaggio del genoma: mappe genetiche e fisiche. Sequenziamento e annotazione del genoma: approccio gerarchico (top down) e approccio shotgun. Identificazione dei geni: il sequenziamento delle EST (Expressed Sequence Tags), la ricerca delle ORF (Open Reading Frames). Identificazione degli elementi funzionali presenti nella sequenza del Genoma Umano: progetto ENCODE.
Variabilità del genoma
I polimorfismi genetici (VNTR, SNP, CNV). I polimorfismi come fattori di suscettibilità genetica a malattie complesse o come responsabili della diversa risposta ai trattamenti con i farmaci. Studi di associazione per l’identificazione di fattori di rischio polimorfici. Identificazione dei principali aplotipi umani: progetto HAPMAP e progetto 1000GENOMES. La medicina personalizzata: test di suscettibilità e screening di popolazione. La tipizzazione del DNA: utilizzo dei microsatelliti come marcatori per l’identificazione forense dei campioni di DNA (DNA fingerprinting). Forensic DNA phenotyping. Profilo genetico e comportamento violento, nuove implicazioni della genetica in ambito forense.
Analisi dell’RNA
Northern blotting. Ibridazione in situ. Saggio di protezione dalla RNAsi. RT-PCR (Reverse Trascrittasi-PCR). Real-time PCR a partire da RNA. Analisi del trascrittoma: microarray a DNA (principio e metodi, array di tipologie diverse, sistemi di marcatura dei campioni, acquisizione delle immagini e interpretazione dei dati). Iniziali applicazioni diagnostiche dei microarray. RNAseq.
Studio della funzione dei geni nell’era postgenomica
Studi di espressione genica differenziale. Correlazioni genotipo-fenotipo. Inattivazione o modificazione selettiva dei geni. Organismi modello e genomica comparata, i geni ortologhi. Creazione ed utilizzo di organismi geneticamente modificati per lo studio della funzione dei geni (animali transgenici, knockout, knockin, knockdown, knockout condizionali). Interazioni proteina-proteina e proteine-DNA. Approcci bioinformatici per studiare la funzione dei geni. Identificazione di geni-malattia, clonaggio posizionale e strategie alternative.
Terapia genetica
Farmaci, proteine e vaccini ricombinanti. Cellule staminali e loro impieghi terapeutici. Principi di terapia genica: vettori virali, RNA e oligonucleotidi terapeutici. Successi e insuccessi della terapia genica.
Biochemistry
Protein structure. Enzyme function and oxygen trasnporting molecules. Structure and function of lipids and carbohydrates. Structure and function of nucleic acids. General principles of metabolism. Detailed analysis of the metabolic pathways in glucose, lipid, nucleotide and amino acid metabolism. DNA replication and reparation. Transcription and post-transcriptional modifications. Regulation of gene expression. Protein synthesis and its regulation. Molecular mechanisms of signal trasnduction. Organ biochemistry and integration of metabolism.
Proteins Protein classification and function. Primary structure of proteins. Properties of the peptide bond. Secondary structure of proteins (alpha-helix, beta-structure): properties and bonds that stabilize it. Examples of fibrous proteins. Tertiary structure of proteins and bonds that stabilize it. Supersecondary structures and domains. Quaternary structure of proteins. Examples of monomeric and polymeric proteins. Denaturation and renaturation of proteins. Oxygen carrying proteins: myoglobin and hemoglobin. Structure of heme and heme-globin ratio. The bond of oxygen to heme. Variations in the tertiary and quaternary structure induced by the bond with oxygen. Oxygenation curves of myoglobin and hemoglobin. Bohr effect. Molecular basis of CO toxicity. Fetal hemoglobins. Methemoglobin. Enzymes and coenzymes Enzymes: definition, nature, nomenclature and classification. Mechanisms of enzymatic catalysis. Enzyme kinetics: theory of Michaelis and Menten. The equation of Michaelis and Menten: Km and Vmax. Determination of enzymatic activity, definition of enzymatic unit. Factors that influence enzymatic activity. Enzyme inhibition. Regulation of enzymatic activity. Multienzymatic systems. Isoenzymes. Concept of coenzyme and the relationship between coenzymes and water-soluble vitamins. Carbohydrates Monosaccharides, disaccharides and polysaccharides. Aldonic, saccharic and uronic acids. Glycoproteins and proteoglycans. Lipids Various types of lipids. Saturated, unsaturated and branched fatty acids. Essential fatty acids. Eicosanoids. Stereoisomerism of glycerides. Triacylglycerols. Phosphoglycerides and phosphatidic acid. Sphingolipids. Sterols and steroids: cholesterol, bile acids and derivatives. Nucleotides and introduction to metabolism Meaning and structure of ribonucleotides and deoxyribonucleotides. Nucleosides di- and triphosphates. ATP and other high energy hydrolysis compounds. Concept of metabolism: catabolism and anabolism. Exergonic and endoergonic reactions. Coupled reactions. Central role of ATP in energy metabolism. The hydrolytic and oxidative stages of catabolism. Structure and function of pyridine and flavin coenzymes. Synthesis of monomers and polymers. Relationships between anabolism and catabolism. Carbohydrate metabolism Utilization and role of glucose in metabolism. Reactions of glycolysis. The metabolic fates of pyruvate. General reaction of glycolysis. Regulation of glycolysis. Gluconeogenesis and its regulation. Substrates of gluconeogenesis. Role of glycogen. Glycogenolysis and glycogenosynthesis. Glycogen phosphorylase and glycogen synthase as models of interconvertible enzymes. Regulation of glycogen metabolism. Utilization and synthesis of sugars other than glucose (galactose, fructose, pentosis). Oxidative processes: Krebs cycle and pentose phosphate pathway Oxidative decarboxylation of pyruvate. Structure, mechanism of action and regulation of pyruvate dehydrogenase. The coenzymes involved in the oxidation of pyruvate and in the Krebs cycle. Krebs cycle reactions and enzymes. Global reaction, energy yield and regulation. Biosynthetic role of the Krebs cycle. Role of the pentose pathway in the genesis of NADPH and sugars at 4, 5, 7 carbon atoms. Reactions and their regulation. Role of NADPH in metabolism.
Electron transport and oxidative phosphorylation The constituents of the respiratory chain: organization in complexes, redox potentials. The flavoproteins. Coenzyme Q. Cytochromes a, b, c. The respiratory chain: structure and function of complexes I, II, III and IV. Molecular mechanism of oxidative phosphorylation. Regulation of the respiratory chain and oxidative phosphorylation. Inhibitors of the respiratory chain and oxidative phosphorylation; decoupling agents. Transport of electrons from the cytoplasm to the mitochondrion (shuttle systems). Transport of the ATP formed in the mitochondrion. Other enzymes that use oxygen: oxygenase, oxidase, peroxidase. Mechanism of hydroxylation and role of cytochrome P450. Reactive oxygen species (ROS): chemical nature and biochemical mechanisms of cell damage. Enzymatic and non-enzymatic defense systems. Lipid metabolism Oxidation of fatty acids: function, activation, mitochondrial transport and beta-oxidation. Carnitine. Energy yield. Peroxisomal beta-oxidation; catabolism of unsaturated fatty acids, with odd number of carbon atoms and branched. Formation and fate of propionyl-CoA. Formation of ketone bodies and their use. Palmitate synthesis: reactions, enzymes and regulation. Elongation and unsaturation of acyls. Synthesis and degradation of triglycerides, phosphoglycerides and sphingolipids. Eicosanoid metabolism. Synthesis of cholesterol and its regulation. Cholesterol esters. Metabolism and role of bile acids. Transport of lipids in the blood. Classification, structure, function of plasma lipoproteins. Biochemical aspects of membrane transport. Metabolism of amino acids Protein digestion: protease, endo and exopeptidases. Intracellular degradation of proteins: lysosomal degradation and the ubiquitin system. Metabolic fate of amino acids. Essential amino acids. Transamination and deamination reactions and their role. Reaction and regulation of glutamate dehydrogenase. Decarboxylation of amino acids and polyamines. Metabolic fate of NH3. Reactions and regulation of the urea cycle. Correlation between the urea cycle and the Krebs cycle. Gluco and lipogenetic amino acids. The main coenzymes of nitrogen metabolism. Porphyrins. Synthesis and catabolism of heme. Formation of aminolevulinic acid and regulation. Biliary pigments (origin, conjugation and excretion). Metabolism of nucleotides and nucleic acids De novo synthesis of purine nucleotides: origin of the purine ring atoms; general reaction, energy demand and regulation. PRPP formation and its use in the synthesis of purine and pyrimidine nucleotides. Summary of the AMP and GMP from IMP. Adjustment. Phosphorylation reactions of purine and pyrimidine mono- and diphosphates nucleosides. Reuse of purine bases and nucleosides. Catabolism of purine nucleotides to uric acid. Synthesis of pyrimidine nucleotides: origin of the pyrimidine ring atoms, general reaction, energy demand and regulation. Catabolism of pyrimidine nucleotides. Synthesis of deoxyribonucleotides and its regulation. DNA: the DNA helix and the forces that stabilize it. Interactions between DNA and proteins. DNA replication in prokaryores and eukaryotes: enzymes involved and biochemical mechanisms that ensure the fidelity of replication. Types of RNA and their structure. Ribozymes and RNA catalysis. RNA synthesis (transcription) in prokaryotes and eukaryotes: RNA polymerase, general and specific transcription factors, co-activators. Post-transcriptional modifications of RNA (alternative splicing, RNA editing and regulation by microRNA). The turnover of RNA.
Protein synthesis Enzymology and regulation of protein synthesis. RNA transfer and their aminoacylation. Interactions between ribosomes, mRNA, tRNA and soluble factors of protein synthesis. Speed and energy demand for synthesis. Acquisition of the three-dimensional structure. Modifications of the polypeptide chain after synthesis. Export of proteins. Biochemical mechanisms of signal transduction Membrane receptors: classification. 7-segment transmembrane receptors, catalytic receptors, ionotropic receptors. G proteins and the signal transduction pathways activated by them. Protein kinase and protein phostaphase. Signal amplification and modulation mechanisms. Intracellular receptors: structure and function. Concept of hormone and neurotransmitter. Analysis of the biochemical characteristics (structure, metabolism and activated signal transduction pathways) of the following substances: insulin, glucagon, catecholamines, thyroid hormones, steroid hormones (glucocorticoids, mineralocorticoids, androgens, estrogens, progestogens), retinoic acid, growth factors, NO and vitamin D. Human systematic biochemistry Biochemistry of the liver, kidney, muscle, heart, adipose tissue, nervous system and blood.
Molecular biology
Recombinant DNA technology. The Human Genome Project. Genome variability and personalyzed medicine. RNA analysis and trascriptome analysis. Genetically modified organisms. Genetic therapy.
Introduction to Molecular Biology Brief history of Molecular Biology. Griffith, Avery, Hershey and Chase experiments for the identification of DNA as a repository of genetic information. Watson and Crick DNA double helix model. Timing of the development of the main methods used in Molecular Biology. Genome concept. Characteristics of genomic sequences (unique, repeated and polymorphic sequences). Impact of Molecular Biology in Medicine. Methods of isolation and study of the structure of proteins (centrifugation, spectroscopic, chromatographic and electrophoretic techniques, Edman degradation, X-ray crystallography). DNA analysis Recombinant DNA technology: cloning in bacterial cells, types of vectors used (plasmids, phages, cosmids, BAC, YAC, MAC): Cloning systems to study gene expression. Hybridization of nucleic acids: principles and applications. Southern blotting, in situ hybridization, microarray-based hybridization systems. Construction of genomic, cDNA and expression libraries, screening of the library (use of degenerate probes, EST probes, antibodies). PCR (Polymerase Chain Reaction), PCR-RFLP (Restriction Fragment Lenght Polymorphism), PCR-ARMS (Amplification Refractory Mutation System), PCR-SSCP (Single Strand Conformation Polymorphism), PCR-HAD (HeteroDuplex Analysis), PCR-DGGE (Denaturation Gradient Gel Electrophoresis), Real-time PCR. DNA sequencing methods: manual and automated Sanger method. Next generation sequencing: pyrosequencing technology, Illumina and ABI solid. Human Genome Organization and objectives of the Human Genome Project. Genome mapping: genetic and physical maps. Genome sequencing and annotation: hierarchical (top down) and shotgun approaches. Gene identification: EST (Expressed Sequence Tags) sequencing, search for ORFs (Open Reading Frames). Identification of functional elements present in the sequence of the Human Genome: ENCODE project. Variability of the genome Genetic polymorphisms (VNTR, SNP, CNV). Polymorphisms as genetic susceptibility factors to complex diseases or as responsible for the different response to drug treatments. Association studies for the identification of polymorphic risk factors. Identification of the main human haplotypes: HAPMAP project and 1000GENOMES project. Personalized medicine: susceptibility testing and population screening. DNA typing: use of microsatellites as markers for the forensic identification of DNA samples (DNA fingerprinting). Forensic DNA phenotyping. Genetic profile and violent behavior, new implications of genetics in the forensic field.
RNA analysis Northern blotting. In situ hybridization. RNase protection assay. RT-PCR (Reverse Transcriptase-PCR). Real-time PCR starting from RNA. Transcriptome analysis: DNA microarrays (principle and methods, arrays of different types, sample marking systems, image acquisition and data interpretation). Initial diagnostic applications of microarrays. RNAseq. Study of the function of genes in the postgenomic era Differential gene expression studies. Genotype-phenotype correlations. Inactivation or selective modification of genes. Model organisms and comparative genomics, orthologous genes. Creation and use of genetically modified organisms for the study of the function of genes (transgenic animals, knockout, knockin, knockdown, conditional knockout). Protein-protein and protein-DNA interactions. Bioinformatics approaches to study the function of genes. Identification of disease genes, positional cloning and alternative strategies. Gene therapy Recombinant drugs, proteins and vaccines. Stem cells and their therapeutic uses. Principles of gene therapy: viral vectors, RNA and therapeutic oligonucleotides. Gene therapy successes and failures.
Testi consigliati
Nelson D.L., Cox M.M.: “I Principi di Biochimica di Lehninger”, VII edizione, Zanichelli 2018.
Voet D., Voet J.G., Pratt C.W.: “Fondamenti di Biochimica”, IV edizione, Zanichelli 2017.
Mathews C.K., Van Holde K.E., Ahern K.G.: “Biochimica”, IV edizione Piccin 2015.
Strachan T., Read A. “Genetica molecolare umana” I edizione, Zanichelli 2012.
Allison L.A.: “Fondamenti di Biologia Molecolare”, I edizione, Zanichelli 2008.
Craig NL et al. “Biologia Molecolare. Principi di funzionamento del genoma.” Pearson, 2013.
All the fundamental topics are dealt with during the course. It is recommended that students integrate their preparation using one of the interational standard textbooks, for instance:
Nelson D.L., Cox M.M.: “I Principi di Biochimica di Lehninger”, VII edizione, Zanichelli 2018.
Voet D., Voet J.G., Pratt C.W.: “Fondamenti di Biochimica”, IV edizione, Zanichelli 2017.
Mathews C.K., Van Holde K.E., Ahern K.G.: “Biochimica”, IV edizione Piccin 2015.
Strachan T., Read A. “Genetica molecolare umana” I edizione, Zanichelli 2012.
Allison L.A.: “Fondamenti di Biologia Molecolare”, I edizione, Zanichelli 2008.
Craig NL et al. “Biologia Molecolare. Principi di funzionamento del genoma.” Pearson, 2013.
In base al regolamento del CdL la frequenza è obbligatoria.
Attendance to the course is mandatory.
Esame scritto, costituito in generale da 12 domande aperte.
Written exam, generally consisting of 12 open questions.
Per gli argomenti svolti a lezioni si vedano i registri didattici dei docenti.
The topics covered in each lecture are recorded in the official registry of the university, which is available online in the personal page of each teacher.
I docenti sono disponibili per chiarimenti al termine delle lezioni o previo appuntamento concordato per email.
Teachers are available to the students at the end of each lecture or in specific meetings to be required by email.
